Keramik Ceramic CBN Cubic Boron Nitride Intan Diamond

17

2.2.5. Keramik Ceramic

Keramik memiliki karakteristik yang lain dari pada metal atau polimer plastik, karet karena perbedaan ikatan atom-atomnya.ikatannya dapat berupa kovalen, ionik, gabungan kovalen dan ionik dan sekunder. Karena elektron cenderung mengumpul di sekitar inti atom maka derajat kekuatan ikatnya hampir serupa dengan ikatan kovalen meskipun sesungguhnya termasuk jenis ikatan ionik. Jika keramik dibuat secara berlapis maka antara lapisan tersebut terjadi ikatan sekunder yang kekuatan ikatannya dipengaruhi oleh adanya molekul, gas, atau cairan lain. Keramik dapat bekerja pada kecepatan yang tinggi, Karena titik lelehnya berkisar antara 3500-7000 F.

2.2.6 CBN Cubic Boron Nitride

CBN termasuk jenis keramik. Diperkenalkan oleh GE USA, 1957, Borazon. Dibuat dengan penekanan panas HIP, 60 kbar,m 1500 C sehingga serbuk graphit putih Nitrida Boron dengan struktur heksagonal berubah menjadi struktur kubik. Hot hardness CBN ini sangat tinggi dibandingkan dengan jenis pahat yang lain. CBN dapat digunakan untuk pemesinan berbagai jenis baja dalam keadaan dikeraskan, besi cor, HSS maupun karbida semen. Afinitas terhadap baja sangat kecil dan tahan terhadap perubahan reaksi kimiawi sampai dengan temperatur pemotongan 1300 C. Pahat ini masih sedikit digunakan karena harganya yang mahal dan pemakaiannya masih terbatas. 18

2.2.7. Intan Diamond

Sintered Diamond GE, 1955 merupakan hasil proses sintering serbuk intan tiruan dengan bahan pengikat Co 5-10. Hot hardness serbuk tinggi dan tahan terhadap deformasi plastik. Sifat ini ditentukan oleh besar butir intan serta persentase dan komposisi material pengikat. Karena intan pada temperatur tinggi akan berubah menjadi graphit dan mudah terdifusi dengan atom besi, maka pahat intan tidak bisa digunakan untuk memotong bahan yang mengandung besi ferros. Cocok bagi ”Ultra High Precision and Mirror Cutting” bagi benda kerja nonferros Al Alloys, Cu Alloys, Plastics, Rubber. 2.3. Bahan Benda Kerja 2.3.1. Non Ferrous Metal Paduan non-ferrous metal sering digunakan karena sifat tekniknya, diantaranya tahan korosi, ketermesinan yang baik, bobot yang ringan, elektrik atau konduktivitas thermal yang tinggi, kemampuan menyerap energi, rasio kekuatan yang baik. 1. Aluminium Karakteristik Al yang banyak dipertimbangkan para designer, yaitu sifat-sifat yang hampir dimiliki oleh logam Non-Ferrous, yaitu : a. Ketika rasio berat-kekuatan sangat penting massa jenis spesifiknya = 2,7 kgm 3 b. Ketermesinan yang bagus c. Ketahanan dari serangan, korosi dan zat kimia 19 d. Ketahanan elektrik yang rendah e. Ketika sifat non-toksin, non-magnetik, tidak meledak berapi dibutuhkan Untuk Al dengan kemurnian yang tinggi, yang bersifat halus dan ulet, maka memiliki tegangan tarik sekitar 13.000 lbinch. Walaupun ini diperkirakan dapat meningkat menjadi 2 kali lipat dengan pengerjaan dingin, tetapi ketangguhan akhir masih belum cukup tinggi, dan Al tidak dapat dilaku panas. Ketangguhan yang lebih besar dapat dicapai dengan pertambahan elemen lain dan menghasilkan paduan, yang nantinya dikenakan laku panas. Dalam pemesinannya, Al adalah logam termurah dalam pengerjaannya. Table perbandingan kecepatan potong relatif untuk Al dan berbagai metal lainnya ditunjukkan pada tabel 2.1 : Tabel 2.1. Perbandingan kecepatan potong untuk Al dan logam lain Material Kecepatan Potong Relatif Drilling dan Turning Aluminum Alloy Baja, paduan 0.3 Kuningan atau perunggu Magnesium dan Alloynya 0.5-1.0 0.25-0.35 0.6-1.0 0.9-1.3 Sumber : Rochim 1993 2. Magnesium Magnesium dengan gravitasi spesifik hanya 1,74 kgm 3 adalah logam teringan yang mampu stabil pada kondisi aslinya. Artinya, 64 dari beratnya adalah Al dan 23 sisanya adalah besi, seperti logam murni lainnya. Magnesium juga harus dipadukan untuk mendapatkan kekuatan dan kegunaan yang maksimal. Beberapa sifat unggul magnesium, antara lain : 20 a. Logam teringa C = 1,74 b. Ketermesinan yang tinggi c. Dapat digabungkan dengan gas busur dan tahan las listrik d. Dapat dicor dengan pasir, cetakan pasir dan die casting e. Stabil pada kondisi atm dan ketahanan terhadap serangan alkali dan minyak f. Non-magnetik Magnesium lebih mahal dari Al. Kekuatan tariknya rendah dan untuk menaikkannya dapat melalui laku panas karakteristik lainnya, yaitu konduktivitas elektriknya sekitar 30 dari copper murni dan 60 dari Al murni. Paduan magnesium biasanya dapat dimesinkan pada kecepatan yang sangat tinggi. Tetapi pemotongan logam dapat menimbulkan resiko jika kotoran pemotongan bertaburan, sehingga sangat dianjurkan untuk pemesinan basah. Magnesium mempunyai ketermesinan yang tinggi, walaupun mempunyai struktur heksagonal tertutup karena temperatur zona pemotongan di atas temperatur rekristalisasi. 3. Copper dan paduannya Copper memiliki struktur kristal center kubik, dengan gravitasi spesifik 8,91 0,34 lbinch 3 dan titik lebur 1083 C. Logam ini sangat lunak dan ulet. Konduktivitas panasnya di atas emas dan perak, dan konduktivitas listriknya, yaitu kedua dari perak 94 dari perak mempunyai ketahanan korosi dengan paduan atau pengerjaan dingin. Copper sangat lembut dan lunak dengan kekuatan tarik 19.000 lbinch 2 . Copper sangat mudah dicor karena dapat menyerap oksigen 21 membentuk oksida. Copper dapat dipadukan dengan banyak komponen, di antaranya Zink, Tin, Iron, Silver, Phosphor, Silicon, dan Arsenic. 4. Brass Brass adalah copper yang dipadukan dengan zink, yang lebih kuat daripada 2 komponen penyusunannya. Brass memiliki struktur Crystal Face Centre Cubic. Sifat dari brass, diantaranya : a. Keuletan yang tinggi b. Biaya perawatan die yang rendah c. Kemampuan paduan yang baik untuk mendapatkan sifat yang diinginkan d. Ketermesinan yang tinggi. 5. Bronze Paduan copper dengan zinknikel yang dikenal sebagai Mo Bronze. Elemen paduan utama adalah TiN dan yang lain : Si, Al, Mn, P, dan Ni. Sama halnya dengan Brass, kekerasan didapat dengan pengerjaan dingin. Paduan yang paling sering digunakan adalah Berrilium Bronze, Al Bronze, Phosfor Bronze, dan Si Bronze. Berrilium Bronze adalah paduan copper dan Be yang sering digunakan pada Perang dunia II. Karakteristik sifat bronze, diantaranya : a. Tidak berapi b. Konduktor listrik yang baik 45 saat dikeraskan dengan kekuatan 100.000- 190.000 lbinch 2 c. Modulus elastisitas 19.000.000 lbinch 2 d. Dengan ketahan korosi terbaik 22 6. Nikel dan paduannya Kegunaan utama nikel adalah sebagai paduan antara baja dan logam non- ferrous ada lebih dari 3000 paduan aktif dari nikel. Nikel juga tahan korosi, mayoritas berupa asam, non-oksida kecuali asam nitrit. Titik lebur 2646 F dan gravitasi spesifik 8,84. Ni mempunyai massa jenis yang sama dengan Copper tapi lebih mahal 3 kali lipat dari Copper. Contoh paduan dengan kadar nikel tertinggi adalah Dura Nikel yang mencapai 93.7 Ni; 4.4 Al; 0.5 Si; 0.35 Fe; 0.3 Mn; 0.17 C dan 0.05 Copper. Ketika dikeraskan, Dura Nikel memiliki kekuatan tarik 145.000 lbinch 2 dengan elongasi 66 dan 375 BHN. Karena mempunyai ketahanan kegagalan yang tinggi dan tahan panas sampai dengan 550 F, maka Dura Nikel sering digunakan sebagai pegas. 7. Molybdenum Mo Mo mempunyai sifat yang tidak biasa, sehingga membuatnya banyak digunakan pada paduan baja. Besi cor dan paduan temperatur tinggi Molibdenum mempunyai gravitasi spesifik 0.2 dan titik lebur 4750 F. Mo yang dirol mempunyai tegangan tarik sekitar 25.000 lbinch 2 dan 170 BHN. Konduktivitas listrik sekitar 34 dari copper. Mo yang murni 99.95 Mo digunakan sebagai elemen pemanas pada tungku listrik, bagian dari mesin jet, dan misil. Mo banyak dijual dalam bentuk : Mo oksida; Mo sulfite. 8. Cobalt Pertama kali Co diperkenalkan sebagai paduan pada baja perkakas karena dari sifat penambah kekerasan, untuk memotong paduan. Mata potong Cobalt adalah pahat HSS superior. Kemudian Co digunakan sebagai pengikat pada Karbida berlapis dan memperbaiki keuletan pada karbida. 23 Cobalt memiliki gravitasi spesifik 8.76, titik lebur 2719 F, 86 BHN, konduktivitas listriknya 16 dari copper. Tegangan tarik Cobalt cor dengan 0.25 C adalah sekitar 65.000 lbinch 2 . Paduan yang terkenal yaitu invar 54 Co dan 36 Ni mempunyai koefesien ekspansi termal nol untuk semua range temperatur, membuatnya digunakan sebagai material pada desain mekanisme Kontrol. 9. Titanium Digolongkan sebagai metal ringan 0.16 lbinch 2 dengan bobot 60 lebih berat dari Al, tapi 55 lebih ringan dari berat paduan Baja. Sifat mekanik dari Titanium, diantaranya : a. Kekerasan 86-95 HRC b. σ ijin = 80.000 lbinch 2 ultimate strength c. yield strength = 70.000 lbinch ; elongation = 20 d. Sp h 1 = 0.113 btulb. F e. Konduktivitas termal 10 5 btuft 3 h.inch f. Koefesien ekspansi = 5.10 -6 F g. Tegangan gagal 750 F = 35.000 lbinch 2 untuk 2000 jam. Pada umumnya T 1 tidak dianjurkan untuk laku panas tapi dengan pengerjaan dingin untuk mendapat karakteristik yang lebih baik. 2.3.2. Ferrous Metal Pada umumnya dapat dibagi ke dalam besi cor yang terdiri dari kandungan karbon yang relatif tinggi dan Baja yang biasanya dengan 1 C atau kurang. 24 Yang kemudian dapat dibagi atas Baja karbon dengan kandungan karbon rendah, menengah dan tinggi, paduan baja rendah dan tinggi, dan baja perkakas. Hubungan besi dan karbon dapat dilihat pada diagram kesetimbangan besi dan Karbon pada Gambar 2.6. Gambar 2.6. Diagram kesetimbangan besi dan karbon untuk karbon sampai dengan 5 C Diagram di atas menunjukkan bahwa variasi temperatur transformasi dengan penambahan karbon dengan fase yang stabil, dan juga menunjukkan bahwa ketika karbon ditambahkan pada besi, fase ketiga mungkin stabil di bawah kondisi sebenarnya yang disebut fase besi-karbon Fe 3 C. 1. Baja Steel Beberapa sifat baja, diantaranya : 25 a. Modulus elastisitasnya 28.10 6 – 30.10 6 lbinch 2 b. Kekerasan dipengaruhi kandungan carbon bukan paduan c. Ketangguhan baja untuk kekerasan yang seragam dalam volumenya bergantung pada jumlah dan jenis paduan Baja adalah logam yang memiliki batas pertahanan. Kegagalan material biasanya disebabkan pembebanan yang berulang, tegangan untuk material dapat bertahan di bawah pembebanan konstan jauh di bawah pembebanan statik. Perbandingan kegagalan pada logam ferrous dan non-ferrous dapat dilihat pada Gambar 2.7. Gambar 2.7. kurva kegagalan ideal untuk logam ferrous dan non-ferrous Untuk ferrous metal di bawah, di mana kegagalan tegangan terjadi hampir mencapai 10 1 - 10 7 siklus. Untuk non-ferrous, batas kegagalan tidak tercapai melebihi 10 8 siklus. 2. Baja Karbon Carbon Steel 26 Faktor utama yang mempengaruhi sifat dari baja karbon adalah kandungan karbon dan mikrostruktur yang ditentukan oleh komposisi baja, seperti : C, Mn, Si, P, S, dan elemen sisanya berupa O 2 H 2 dan N. Dan dengan pengerjaan akhir, pengerolan, penempaan dan perlakuan panas. Pengaruh kadar karbon terhadap sifat mekanisnya dapat dilihat pada diagram Gambar 2.8. Gambar 2.8. Variasi sifat mekanis pada batangan baja karbon d= 1 inch, sebagai fungsi kandungan karbon Carbon steel biasa dalam fase perilitic, dalam kondisi penuangan, pengerolan, dan penempaan. Dalam kondisi hypo eutectoid adalah ferrit dan pearlit. Dan hypo eutectoid adalah cementit dan pearlit. 3. Baja Paduan 27 Baja paduan adalah paduan dari besi dan Karbon yang berisi elemen paduan satu atau lebih, yaitu 1.65 Mn; 0.6 Si; 0.6 Cu; atau paduan spesifik yang mencapai 3.99 Al, B, dan lain-lain. Baja paduan dapat menghasilkan kekuatan, kegetasan, dan keuletan yang lebih baik dari baja karbon. Baja paduan sesuai untuk tegangan tinggi dan beban kejut. Pengaruh paduan elemen pada baja paduan adalah sebagai berikut : Ni : menghasilkan keuletan, tahan korosi, dan kekerasan yang lain Cr : tahan korosi, keuletan, dan kemampuan pengerasan SiO 2 : menghasilkan ketahanan, oksida temperatur tinggi, menaikkan temperatur kristis. Mo : menghasilkan kemampukerasan, meningkatkan tegangan tarik dan menambah kekuatan pada temperatur tinggi VaO 2 : menghasilkan struktur butir ideal sama dengan AlO 2 Cu : ketahanan korosi dan agak kekuatan B : meningkatkan kekerasan. 4. Baja Perkakas Baja perkakas sama seperti baja paduan karbon tinggi, denga sifat tahan aus dan kejut, keras, tangguh dan ulet yang didapat dari perlakuan panas, dan fabrifikasi. Baja perkakas biasanya dikombinasikan dengan besi dari satu atau lebih elemen berikut :0.8-1.3 C; 0.2-1.6 Mn; 0.5-2.0 Si; 0.25-1.4 Cr; 1.5- 2.0 T; 0.15-3.0 Vn; 0.8-5.0 Mo; dan 0.75-1.2 Co. Kekerasan dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan, dari di atas temperatur kritis ke temperature transformasi kebutuhan sekitar 1160 F. 28 5. Baja Tahan Karat Stainless Steel Sifat terpenting adalah ketahan korosi, yang berhubungan dengan lapisan tipis CrO 2 yang terbentuk di atas permukaan. Lapisan tersebut hanya tahan terhadap oksidasi seperti asam nitrit, tapi tidak pada penyerongan bahan, seperti asam hidrochloris, dan banyak garam halogen. Pemanasan dan pendinginan yang berulang-ulang dan diikuti dengan ekspansi dan konstruksi akan menyebabkan hancurnya lapisan oksida. Sebagian besar stainless steel menunjukkan kekuatan singkat yang baik pada 1500 F dan sebagian lagi pada 900-950 F panas mengkonduksi sifat Stainless steel jadi berkurang, maka Cu ditambahkan untuk mendistribusikan panas. 6. Besi cor Ada lima jenis besi cor, diantaranya besi cor kelabu. Besi cor ulet, lunak, paduan tinggi dan putih. Dan yang paling terkenal besi cor kelabu dan ulet. Variasi jenis di atas ditentukan kandungan karbon. Sifat mekanis besi cor, yaitu : 1. Kekuatan tarik, yang dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan dalam cetakan. Hubungan kekuatan tarik dan kekerasan ditujukan pada Gambar 2.9. 29 Gambar 2.9. kurva kekuatan tarik dan kekerasan sebagai fungsi dari tebal cetakan pada berbagai Besi cor 2. Kekuatan tekan, kekuatan tekan besi cor kelabu biasanya 3-5 kali kekuatan tariknya dan tegangan gesernya sama dengan tegangan tariknya. 3. Modulus Elastisitasnya, dalam menentukan modulus elastisitas dari besi cor kelabu biasanya digunakan slope dari kurva defleksi pembebanan, pada 25 tegangan tarik dianjurkan memilih besi cor dengan modulus elastisitas yang rendah pada aplikasi yang membutuhkan ketahanan kenaikan temperatur yang tiba-tiba. Berikut kurva defleksi pembebanan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10. Gambar 2.10. Hubungan tegangan-regangan pada besi cor 4. Keuletan, besi cor punya keuletan yang rendah. Besi cor kelabu akan memberikan elongation dari 0.2-2.0 . Ketika besi kekuatan tinggi 30 dilaku panas menunjukkan elongation kurang dari 0.2 . Besi cor kelabu jauh lebih rapuh dari baja dan mempunyai ketahanan kejut yang rendah. 2.3.3. Paduan Aluminum Aluminium mempunyai sifat tahan karat yang baik selain itu juga sebagai penghantar listrik yang baik dan mudah ditempa. Pada umumnya, aluminium digunakan sebagai paduan dari logam murni karena bersifat lunak, yaitu 20 BHN Kalpakjian, 1995. Unsur-unsur lain ditambahkan untuk meningkatkan sifat-sifat Aluminium. Pengaruh dari elemen paduan akan menentukan karakteristik Al sebagai berikut : 1. Seri 1000 Dengan 99 Al atau lebih tinggi banyak digunakan pada batang kelistrikan dan kimia. Sifatnya yaitu tahan korosi, termal yang tinggi, konduktivitas elektrik, sifat mekanik yang rendah dan ketermesinan yang baik. 2. Seri 2000 Elemen paduan utamanya tembaga 4.5 yang memiliki sifat mekanis dan ketermesinan yang baik tapi mampu cor yang buruk. Paduan ini butuh laku panas untuk dapat sifat yang optimum. Paduan ini memiliki ketahanan korosi yang paling buruk di antara paduan seri lainnya. Paduan yang terkenal adalah 2024 yang digunakan pada industri penambangan. 3. Seri 3000 31 Mn elemen utama paduan yang biasanya tak dilaku panas. Tetapi dengan penambahan Mn sampai optimal 15 untuk mendapatkan sifat ketermesinan yang baik. Contoh seri 3003. 4. Seri 4000 Elemen utama dalam paduannya adalah Si yang dapat menurunkan titik lebur tanpa menyebabkan kegetasan. Sebagai contoh, AL-Si digunakan sebagai elektroda las dan paduan Brazing. Paduan ini biasanya tak dilaku panas. 5. Seri 5000 Mg adalah elemen paduan terbaik untuk Al. Mg dianggap lebih efektif dari Mn. Sebagai pengeras 0.8 Mg = 1.25 Mn. Paduan ini memiliki sifat mampu las dan ketahanan korosi yang baik. Penambahan kandungan Mg lebih banyak 3.5 akan menaikkan temperatur operasi samapai 150 F. 6. Seri 6000 Paduan ini dari Mg dan Si yang membentuk MgSi sehingga mampu mengalami laku panas. Paduan yang terkenal adalah 6061, paduan yang paling mampu dilaku panas walaupun kurang kuat dibanding seri 2000 atau 4000. paduan ini memiliki mampu bentuk dan ketahanan yang baik dengan kekuatan menengah. 7. Seri 7000 Zinc adalah paduan utama dan ketika dicampur dengan persentase Mg yang kecil menghasilkan paduan yang mampu laku panas dengan kekuatan yang sangat tinggi, paduan yang terkenal yaitu 7075, yaitu paduan dengan kekuatan yang sangat tinggi. 32

2.4. Aus Pahat dan Mekanismenya.

2.4.1. Aus Pahat

Dalam prakteknya umur pahat tidak hanya dipengaruhi oleh geometri pahat saja melainkan juga oleh semua faktor yang berkaitan dengan proses pemesinan, yaitu antara lain jenis material benda kerja dan pahat, kondisi pemotongan kecepatan potong, kedalaman potong, dan gerak makan, cairan pendingin dan jenis proses pemesinan. Dalam berbagai situasi seperti ini proses pemesinan tidak akan berlangsung terus sebagaimana yang dikehendaki karena makin lama pahat akan menunjukkan tanda-tanda yang menjurus kepada kegagalan proses pemesinan. Kerusakan atau keausan pahat akan terjadi dan penyebabnya harus diketahui untuk menentukan tindakan koreksi sehingga dalam proses pemesinan selanjutnya umur pahat diharapkan menjadi lebih tinggi. Selama proses pembentukan geram berlangsung, pahat dapat mengalami kegagalan dari fungsinya yang normal karena berbagai sebab, diantaranya : 1. Keausan yang secara bertahap membesar tumbuh pada bidang aktif pahat. 2. Retak yang menjalar sehingga menimbulkan patahan pada mata potong pahat. 3. Deformasi plastik yang akan mengubah bentukgeometri pahat. Jenis kerusakan yang terakhir di atas jelas disebabkan tekanan temperatur yang tinggi pada bidang aktif pahat, dimana kekerasan dan kekuatan material pahat akan turun bersama dengan naiknya temperatur. Keausan dapat terjadi pada bidang geram A atau pada bidang utama pahat A Aus pahat dapat dikarakteristikkan pada beberapa jenis, yaitu: